DE102008009507B4 - Method and device for surface treatment of extremely hard materials - Google Patents
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Abstract
Es wird angestrebt, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung eines extrem harten Werkstoffs, insbesondere für das Schleifen polykristalliner Diamanten (PKD), zu schaffen, welches einen deutlich schnelleren Abtrag bei gleichmäßigem Abtrag ermöglicht. Erreicht wird dies durch ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von extrem harten Werkstoffen, insbesondere von polykristallinen Diamanten unter Verwendung eines Diamant- oder CBN-Pulvers, durch welches die Oberfläche eines Werkstückes durch eine kombinatorische Verwendung einer rotierenden Schleifscheibe mit dem der Schleifscheibe zugeführten Diamant- oder CBN-Pulver unter einem Andruck von zumindest 250 g/cmbis 5000 g/cmund bei einer Schnittgeschwindigkeit von 2 m/sec bis 15 m/sec geschliffen und abgetragen wird.The aim is to provide a method and a device for surface treatment of an extremely hard material, in particular for grinding polycrystalline diamonds (PCD), which enables a significantly faster removal with uniform removal. This is achieved by a process for surface treatment of extremely hard materials, in particular polycrystalline diamonds using a diamond or CBN powder, through which the surface of a workpiece by a combinatorial use of a rotating grinding wheel with the diamond or CBN supplied to the grinding wheel. Powder under a pressure of at least 250 g / cmbis 5000 g / cm and sanded at a cutting speed of 2 m / sec to 15 m / sec and removed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung extrem harter Werkstoffe, insbesondere für das Schleifen polykristalliner Diamanten (PKD).The The invention relates to a method and a device for surface treatment extremely hard materials, especially for grinding polycrystalline Diamonds (PCD).
Polykristalliner Diamant (PKD) ist ein extrem harter Werkstoff, der synthetisch hergestellt aus einer miteinander verwachsenen Masse von Diamantpartikeln in einer Metall-Matrix besteht. Die Verwendung dieses Werkstoffs liegt aufgrund seiner extremen Härte im Bereich des Schneidens und Spanens für eine Vielzahl von Werkstoffen, so auch als Besatz von Bohrköpfen. Weitere vom erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitbare Werkstoffe sind zum Beispiel monokristalliner Diamant (MKD) CVD-Diamant sowie im CVD-Verfahren hergestellte Diamanten, Schmuck-Diamanten und polykristallines Bornidrit (PKB).polycrystalline Diamond (PCD) is an extremely hard material that is manufactured synthetically from an intergrown mass of diamond particles in a metal matrix exists. The use of this material is due to its extreme hardness in the field of cutting and machining for a variety of materials, as well as trimming of drill heads. Further from the method according to the invention workable materials are for example monocrystalline diamond (MKD) CVD diamond and CVD diamond diamonds and polycrystalline bornidite (PKB).
Das Bearbeiten von Diamant, beispielsweise das Schleifen von PKDs, erfolgt aufgrund dessen Härte ebenfalls mit Diamant in Form von Diamantpulver enthaltenden Emulsionen. Es handelt sich hierbei um ein sehr zeitaufwendiges Verfahren, bei dem eine große Menge an Diamantschleifmittel eingesetzt werden muß.The Diamond machining, such as grinding PCDs, is done because of its hardness also with diamond in the form of diamond powder containing emulsions. It This is a very time consuming process a big one Amount of diamond abrasive must be used.
Der
Stand der Technik kennt eine Vielzahl stark voneinander abweichender
Lösungen
für diese technische
Herausforderung. So offenbart die
Nachteilig ist allerdings der immense Energiebedarf dieses Verfahrens, welches weiterhin keine wirklich schnelle Glättung ermöglicht.adversely However, this is the immense energy requirement of this process, which still does not allow really fast smoothing.
Die
Weiterhin
ist aus dem Stand der Technik bekannt, Diamantschleifvorrichtungen
zu nutzen, in die Diamantabrasivmittel zum Schleifen und Polieren
in unterschiedlichen Bindemitteln eingebettet sind. Solche Diamantschleifscheiben
können
unter anderem eine metallische oder eine keramische Bindung der Diamantabrasivmittel
aufweisen, wie beispielsweise offenbart in der
Hierbei ist problematisch, dass die Qualität und Geschwindigkeit des Schleif- bzw. des Polierprozesses von einer Vielzahl von Parametern abhängig ist, die einen aufwendigen Betrieb bei hohen Grundkosten und schwankendem Ergebnis verursachen. Die Diamantabrasivmittel sind Abnutzung unterworfen wie auch das Bindemittel, welches nicht elektrolysiert werden darf.in this connection is problematic that the quality and speed of the grinding or polishing process depends on a variety of parameters, the a complex operation with high basic costs and fluctuating Result cause. The diamond abrasives are subject to wear as well as the binder, which must not be electrolyzed.
Ist die zu bearbeitende Oberfläche eine Diamantfläche, so befindet sich auf dessen Oberfläche ein deutlich höherer Diamantgehalt als in der Schleifvorrichtung, beispielsweise einer Diamantschleifscheibe, was zu einer schnellen Abschwächung des Schleifeffekts und somit niedrigen Geschwindigkeiten führt. Es ist beispielsweise bekannt, PKDs auf Schleif- bzw. Poliermaschinen mit einer Gußscheibe mit grober Diamantkörnung zu bearbeiten, wobei eine Laufzeit von 10–15 Stunden benötigt wird, um einen Abtrag von 0,8 mm zu erreichen.is the surface to be processed a diamond surface, so there is a much higher diamond content on its surface than in the grinding device, for example a diamond grinding wheel, causing a quick weakening the grinding effect and thus low speeds leads. It For example, it is known PCDs on grinding or polishing machines with a casting disc with coarse diamond grain to be processed, with a running time of 10-15 hours, to achieve a removal of 0.8 mm.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung eines extrem harten Werkstoffs, insbesondere für das Schleifen polykristalliner Diamanten (PKD), zu schaffen, welches einen deutlich schnelleren Abtrag bei gleichmäßigem Abtrag ermöglicht.task In the present invention, in view of this, it is a method and a device for surface treatment of an extreme hard material, in particular for grinding polycrystalline Diamonds (PKD), which create a much faster Removal with uniform removal allows.
Erreicht wird dies durch ein neues Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 10 beschreiben vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens nach Anspruch 1.Reached This is achieved by a new process with the features of the claim 1. The dependent claims 2 to 10 describe advantageous embodiments of the method according to Claim 1.
Erreicht wird dies ebenfalls durch eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 gemäß Anspruch 11, wobei die Unteransprüche 12 bis 14 vorteilhafte Bauformen dieser Vorrichtung betreffen.Reached this is also achieved by a device for the application of the method according to claim 1 according to claim 11, wherein the dependent claims 12 to 14 relate to advantageous types of this device.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus einer Kombination aus Schleifen mit gebundenem Korn und Läppen mit loser Korn in einem definierten Drehzahlbereich und mit einem definierten Andruckbereich des Werkstücks bzw. der Werkstücke.The inventive method consists of a combination of loops with bound grain and lapping with loose grain in a defined speed range and with one defined pressure range of the workpiece or workpieces.
Hierfür wird Diamant- oder CBN-Pulver während der Bearbeitung auf die Schleifscheibe aufgegeben, wobei dieser Vorgang manuell oder durch eine technische Lösung automatisiert durchgeführt werden kann.For this purpose, diamond or CBN powder during the machining on the grinding wheel abandoned, this Operation be performed manually or by a technical solution automated can.
Dieses Verfahren nutzt die gebundene Diamantscheibe als Träger für das lose Korn des Diamantpulvers. Es wird hierbei explizit nicht mit einem Diamantkorn in Emulsion gearbeitet. Das lose Diamantkorn führt dazu, daß einerseits die Schleifscheibe ständig abgerichtet wird und somit nicht stumpf wird, andererseits das lose Diamantkorn zusätzlich mit schneidet und den Schleifvorgang beschleunigt. Der Abtrag wird hierbei in etwa zu 80% durch loses Diamantkorn und zu 20% durch das in der Schleifscheibe gebundene Diamantkorn erreicht.This method uses the bound slide mantscheibe as a carrier for the loose grain of the diamond powder. It is explicitly not worked here with a diamond grain in emulsion. The loose diamond grain causes on the one hand the grinding wheel is constantly trained and thus does not dull, on the other hand, the loose diamond grain additionally cuts and accelerates the grinding process. The removal is achieved in about 80% by loose diamond grain and 20% by the bonded diamond grain in the grinding wheel.
Wesentlich für die verbesserten Abtragswerte ist das Zusammenwirken der Porosität der Scheibenoberfläche mit dem Diamantkorn im Diamantpulver. Die je nach verwendeter Bindung, beispielsweise keramischer oder metallischer, variierende Porosität der Schleifscheibe dient dem Halt des Diamtpulvers auf der Scheibe und erhöht so die Reibung und den Abtrag am Werkstück. Es besteht somit eine Abhängigkeit zwischen der Korngröße des verwendeten Diamantpulvers und der Porosität, die bei der Auswahl der zu kombinierenden Komponenten zu berücksichtigen ist.Essential for the improved abrasion is the interaction of the porosity of the disc surface with the diamond grain in the diamond powder. The depending on the used binding, For example, ceramic or metallic, varying porosity of the grinding wheel serves to hold the diamtpulvers on the disc, thus increasing the Friction and the removal of the workpiece. There is thus a dependency between the grain size of the used Diamond powder and porosity, to consider when choosing the components to be combined is.
Bei Ausbleiben der Diamantpulverzugabe wird das die Effizienz anzeigende Schleifgeräusch nach ca. 5 Minuten deutlich leiser, da durch das Werkstück, beispielsweise den polykristallinen Diamanten, das Schleifkorn abgestumpft wird und somit kein signifikanter Abtrag mehr erfolgen kann. Somit ist eine kontinuierliche oder regelmäßig zyklische Zugabe des losen Diamantpulvers erforderlich, um einen gleichbleibend hohen Wirkungsgrad zu erreichen.at Lack of diamond powder addition will indicate the efficiency Grinding noise after 5 minutes much quieter because of the workpiece, for example the polycrystalline diamond, the abrasive grain is dulled and thus no significant removal can take place. Thus, one is continuous or regular cyclical Addition of loose diamond powder required to be consistent to achieve high efficiency.
Die Veränderung der Geräusche des Schleifvorgangs kann hierbei zur Regelung der Zugabe an Diamantpulver auf die Schleifscheibe genutzt werden mittels AE-Sensoren. Ein weiterer möglicher Regelparameter ist die Leistungsaufnahme des Antriebs der Schleifscheibe.The change the sounds The grinding process can be used to control the addition of diamond powder be used on the grinding wheel by AE sensors. Another potential The control parameter is the power consumption of the drive of the grinding wheel.
Ein weiterer wesentlicher technischer Aspekt ist die Erhöhung der Standarddrehzahl auf eine Schnittgeschwindigkeit von 2 bis 15 m/sec. Diese Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit bewirkt eine deutliche Verbesserung der Schleifgeschwindigkeit, wobei diese nicht beliebig durch eine Erhöhung der Drehzahl steigerbar ist. Vielmehr bewegt sich die ideale Schnittgeschwindigkeit im Bereich von ca. 5 m/sec.One Another important technical aspect is the increase of Standard speed to a cutting speed of 2 to 15 m / sec. This increase the cutting speed causes a significant improvement in the Grinding speed, which is not arbitrary by increasing the speed can be increased. Rather, the ideal cutting speed is moving in the range of about 5 m / sec.
Die grundsätzliche Drehzahlerhöhung führt zu einer Verdopplung des Abtrages. Als Zuschlag sollte hierbei nur reines Wasser verwendet werden, da sonst die Griffigkeit der Schleifscheibe verloren geht und die Poren mit Schmiermittel getränkt sind.The fundamental Speed increase leads to a doubling of the deduction. As a supplement, this should only Pure water can be used, otherwise the grip of the grinding wheel is lost and the pores are saturated with lubricant.
Es ist grundsätzlich zu berücksichtigen, daß neben den beispielhaft genannten Schleifscheiben, bzw. der genannten Körnung, andere Varianten auch möglich sein können, um vorteilhafte Abtragswerte zu erreichen, die auf der Lehre der Erfindung basieren.It is basically to take into account that beside the exemplified grinding wheels, or said grain, others Variants also possible could be, to achieve advantageous ablation values, based on the teaching of Invention based.
Die Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens weist als Merkmale zum einen eine Diamant-Schleifscheibe auf, die mit bis 15 m/sec rotiert, um so die Beschleunigung des Abtrags zu erreichen. Eine besonders vorteilhafte Schnittgeschwindigkeit liegt bei etwa 5 m/sec.The Apparatus for using the method has as features a diamond grinding wheel, which rotates at up to 15 m / sec so as to achieve the acceleration of the erosion. A particularly advantageous Cutting speed is about 5 m / sec.
Desweiteren weist die Vorrichtung einen Werkstückhalter zur Aufnahme mehrerer zu bearbeitender Werkstücke auf sowie eine Zufuhrvorrichtung zur Aufgabe des Diamantpulvers, da dieses ja über den gesamten Schleifprozeß zugegeben werden muß.Furthermore the device has a workpiece holder for receiving a plurality to be machined workpieces and a feeding device for discharging the diamond powder, because this yes about the added throughout the grinding process must become.
Eine vorteilhafte Bauform sieht hierbei eine Zufuhrvorrichtung für das Diamantpulver vor, die zyklisch arbeitet in einer Taktung von einer Aufgabe alle 3 Minuten. Die zyklische Aufgabe hat sich hierbei als vorteilhaft gegenüber einem stetig kontinuierlichen Zugabestrom herausgestellt.A advantageous design provides a supply device for the diamond powder before that works cyclically in a pacing of one task every 3 Minutes. The cyclic task has proved to be advantageous across from exposed to a continuously continuous feed stream.
Eine Diamant-Schleifscheibe mit einer Diamantkörnung zwischen D46 und D1001 hat sich ebenfalls als zweckmäßig ergeben, da diese Körnung ein gutes Zusammenwirken mit dem losen Korn des Diamantpulvers gezeigt hat.A Diamond grinding wheel with a diamond grit between D46 and D1001 has also proved to be appropriate there this grain shown a good interaction with the loose grain of the diamond powder Has.
Desweiteren ist von Vorteil, einer Zufuhrvorrichtung zur automatisierten Zufuhr von Wasser auf die Diamant-Schleifscheibe vorzusehen. Die Zugabe des Wassers bewirkt eine Mobilisierung und Aktivierung des losen Korns des Diamantpulvers unter gleichzeitiger Vermeidung des Zusetzens der Poren in der Schleifscheibe. So kann eine unerwünschte Sättigung der Schleifscheibe vermieden werden.Furthermore is an advantage, a supply device for automated feed of water on the diamond grinding wheel provided. The addition of water causes mobilization and Activation of loose grain of diamond powder under simultaneous Prevention of clogging of the pores in the grinding wheel. So can an undesirable saturation the grinding wheel can be avoided.
Schließlich ist es zweckmäßig, einen definierten Andruck der Werkstücke auf die Schleifscheibe durch eine hydraulische oder pneumatische Andruck-Vorrichtung über den Werkstückhalter aufzubringen. So kann der Andruck exakt eingestellt werden, um eine optimale Abtragseffizienz in Abhängigkeit des zu bearbeitenden Werkstücks sowie der weiteres Schleifparameter zu erreichen.Finally is it is expedient, a defined pressure of the workpieces on the grinding wheel by a hydraulic or pneumatic Pressure device over the workpiece holder applied. So the pressure can be adjusted exactly to a optimal removal efficiency depending on of the workpiece to be machined and to reach the further grinding parameter.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: DUNGEN, JUERGEN VON, 68642 BUERSTADT, DE Inventor name: HOEPP, HARDY, 55457 HORRWEILER, DE |
|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R409 | Internal rectification of the legal status completed | ||
| R409 | Internal rectification of the legal status completed | ||
| R409 | Internal rectification of the legal status completed | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |